編輯導(dǎo)語：隨著科技的發(fā)展，除了我們平常用到的網(wǎng)絡(luò)之外，還有一個(gè)連接設(shè)備與設(shè)備之間的物聯(lián)網(wǎng)；它把所有物品通過射頻識(shí)別等信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別和管理；本文作者分享了關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)LPWA通信技術(shù)，我們一起來看一下。

物聯(lián)網(wǎng)LPWA通信技術(shù)（1）：NB-IOT通信特點(diǎn)及主要場(chǎng)景應(yīng)用

01 什么是NB-IoT？

要明白什么是NB-IOT，我們首先要了解什么是低功耗廣域網(wǎng)，它的英文全稱為L(zhǎng)ow Power Wide Area Network（簡(jiǎn)寫：LPWAN) ，即低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)，是區(qū)別于我們?nèi)粘Ｋ熘?-4-5G遠(yuǎn)距離通訊網(wǎng)絡(luò)；它是一種遠(yuǎn)距離低功耗的無線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，主要包含NB-IOT、LoRa、Sigfox、eMTC四種，其中NB-IOT、LoRa近年來備受市場(chǎng)的關(guān)注和追捧尤其是NB-IOT。

我們都知道物聯(lián)網(wǎng)是萬物互聯(lián)，隨著我們第6版互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（IPv6）的誕生，支持2^128個(gè)網(wǎng)絡(luò)地址，就意味著地球上每平方英寸可分配4.3×10^20網(wǎng)絡(luò)地址，而這為每一個(gè)物聯(lián)設(shè)備尤其是傳感器都能分配一個(gè)網(wǎng)絡(luò)地址掃除了障礙。

未來每一個(gè)設(shè)備都能夠基于自己的網(wǎng)絡(luò)地址實(shí)現(xiàn)“上網(wǎng)”、與其他設(shè)備“交流”，我們?nèi)粘＝佑|的3-4-5G，主要是用于人與人之間的網(wǎng)絡(luò)通訊；而LPWAN存在的意義我們可以理解為，為設(shè)備之間的通訊打好通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，而且這種通訊技術(shù)具有網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍廣、終端功耗低等特點(diǎn)比較適合大規(guī)模的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用部署。

說完LPWAN，開始來介紹其中的主角，NB-IOT。

NB-IOT全稱之為Narrow Band-Internet of Things，窄帶物聯(lián)網(wǎng)；基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)，可直接部署于GSM網(wǎng)絡(luò)、UMTS網(wǎng)絡(luò)或LTE網(wǎng)絡(luò)，部署成本低；它的傳輸距離可達(dá)十幾公里，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)單元可以支持接入50，000個(gè)設(shè)備終端。

速度方面，NB-IoT的頻射網(wǎng)絡(luò)帶寬為200kHz。傳輸速率一般在160kbps-250kbps之間；又由于NB-IOT通訊結(jié)構(gòu)及設(shè)備本身的數(shù)據(jù)接收及上報(bào)模式的設(shè)置等因素，NB-IOT通訊常會(huì)具有10s內(nèi)的傳輸延時(shí)。

02 NB-IoT組網(wǎng)通訊及工作方式？

NB-IoT通訊通常具有以下幾個(gè)部分：

  1. NB-IoT通訊模塊：具有NB-IoT通訊模塊的相關(guān)設(shè)備就可具備NB-IoT通訊能力；
  2. 供電模塊：設(shè)備運(yùn)行需要用電。對(duì)時(shí)延有高要求的業(yè)務(wù)需要采取持續(xù)有線供電，如智慧路燈；若是對(duì)時(shí)延要求不高的業(yè)務(wù)場(chǎng)景，則會(huì)采用紐扣電池或家里常見的5號(hào)電池，如埋在地下的用電池的NB-IoT水表，一用就是3-5年。
  3. 物聯(lián)網(wǎng)卡：給設(shè)備上網(wǎng)用的流量卡，用于設(shè)備通訊，可對(duì)應(yīng)理解為人們上網(wǎng)需要開通流量包；
  4. NB-IoT通訊基站：NB-IoT設(shè)備獲取到的信息需要發(fā)送給專門的NB-IoT基站，不支持自組網(wǎng)模式；目前國內(nèi)的3大運(yùn)營商甚至華為等廠商都已經(jīng)在積極布局NB-IoT基站，國外如沃達(dá)豐、德國電信、日本軟銀等十幾家運(yùn)營商也都紛紛入局參與NB-IoT基站網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)。
  5. 用戶服務(wù)器：基站收到設(shè)備的數(shù)據(jù)發(fā)送到對(duì)應(yīng)的用戶服務(wù)器，并基于服務(wù)器的數(shù)據(jù)在對(duì)應(yīng)的PC、手機(jī)APP端進(jìn)行相關(guān)的數(shù)據(jù)管理及頁面展示。
物聯(lián)網(wǎng)LPWA通信技術(shù)（1）：NB-IOT通信特點(diǎn)及主要場(chǎng)景應(yīng)用

NB-IoT三種工作模式

設(shè)備除了本身上報(bào)數(shù)據(jù)之外可能還需要進(jìn)行相應(yīng)的業(yè)務(wù)動(dòng)作，如關(guān)煤氣閥門等，這時(shí)候操作指令需要下發(fā)至設(shè)備，被設(shè)備接收并執(zhí)行；但是發(fā)送指令首先要搜索到相關(guān)設(shè)備，于是就存在了以下幾種工作模式。

模式一：隨時(shí)待命模式

DRX，隨時(shí)接收數(shù)據(jù)，和隨時(shí)監(jiān)視一樣，所以耗電量最高，（DRX待機(jī)功率約為1mA），但隨時(shí)可以搜到設(shè)備。

模式二：間歇性休眠偷懶模式

eDRx：是指打開網(wǎng)絡(luò)一段時(shí)間，然后關(guān)閉網(wǎng)絡(luò)一段時(shí)間；數(shù)據(jù)on時(shí)可以接收，但停止時(shí)不能接收；停止時(shí)間可以設(shè)定為數(shù)十秒到數(shù)小時(shí)（每隔5分鐘eDRX的待機(jī)功率約為0.2mA）——睡眠不工作、省電，找到設(shè)備需要幾分鐘甚至1-2h。

模式三：間歇性休眠偷懶模式PLUS+

PSM：eDRX省電升級(jí)版，降低eDRX交換網(wǎng)絡(luò)的頻率，低到每隔幾天開放一次網(wǎng)絡(luò)的程度，找到設(shè)備可能需要一兩天時(shí)間；同樣，網(wǎng)絡(luò)打開時(shí)可以接收數(shù)據(jù)，但網(wǎng)絡(luò)沒有打開時(shí)不能接收數(shù)據(jù)（在PSM模式下，待機(jī)功耗是微安全級(jí)別，在這種情況下，“一個(gè)電池一般可用5年”）。

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總結(jié)：

各種模式的存在的核心還是在于滿足各場(chǎng)景應(yīng)用需求、最大限度的降低設(shè)備運(yùn)行能耗，延長(zhǎng)設(shè)備工作時(shí)間和壽命。

各模式可轉(zhuǎn)換，通過相關(guān)傳感器實(shí)現(xiàn)工作狀態(tài)的切換，如加速度傳感器、動(dòng)作切換觸發(fā)器；如智能井蓋，加速度傳感器檢測(cè)到反轉(zhuǎn)，可以由“偷懶休息模式”切換到DRX（隨時(shí)待命）模式，隨時(shí)準(zhǔn)備上報(bào)最新的井蓋狀態(tài)，做好安全防范。

03 NB-IoT適用于什么條件？哪些場(chǎng)景、？

NB-IoT網(wǎng)絡(luò)通訊比較適合于終端較為分散、環(huán)境網(wǎng)絡(luò)信號(hào)不好、沒有穩(wěn)定電源、傳輸速率要求相對(duì)較高、中&高頻上行數(shù)據(jù)傳輸?shù)惹闆r。

主要場(chǎng)景應(yīng)用有，共享單車、智慧門鎖、智慧路燈、智慧監(jiān)控、水電抄表、智慧煙感等。

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04 NB-IoT典型應(yīng)用介紹——水電抄表

NB-IoT通訊技術(shù)，目前在能源電力行業(yè)應(yīng)用的最為成熟，只要裝一個(gè)具有NB-IoT通訊模塊的水電表就能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表，而且NB水電表通常都是通過電池來進(jìn)行供電。

一般來說，NB水、電表設(shè)備15分鐘（可DIY）采集一次實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，既每天96個(gè)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)可以通過既定的協(xié)議采取實(shí)時(shí)發(fā)送（比較耗電），也可以一天上報(bào)一次，幾天上報(bào)一次都可以，只需要將采集好的數(shù)據(jù)打包好就行。

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如圖，水電表將收集上的數(shù)據(jù)定時(shí)定點(diǎn)通過NB-IoT通訊模塊上傳到NB-IoT通訊基站，由基站將收到的數(shù)據(jù)發(fā)送到對(duì)應(yīng)的服務(wù)器上；并且PC管理后臺(tái)、手機(jī)應(yīng)用端都是基于服務(wù)器來進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)展示及管理。

05 NB-IoT優(yōu)、缺點(diǎn)？

NB-IoT優(yōu)點(diǎn)：

  • 連接多：每個(gè)單元可以支持50，000個(gè)設(shè)備終端連接管理。
  • 信號(hào)好：NB-IoT比LTE提升20dB增益，相當(dāng)于發(fā)射功率提升了100倍，即覆蓋能力提升了100倍，即使將水表埋在人孔的復(fù)蓋下，NB-IoT也不會(huì)影響信號(hào)的收發(fā)。
  • 不需要網(wǎng)關(guān)組網(wǎng)：成本低、組網(wǎng)運(yùn)行更靈活、簡(jiǎn)單。
  • 低功耗：待機(jī)可用10年。

NB-IoT缺點(diǎn)：

  • 高密度網(wǎng)絡(luò)不適合使用中央管理模式，一個(gè)單元可以支持100，000個(gè)NB-IoT終端訪問，輪訓(xùn)增加系統(tǒng)負(fù)擔(dān)。
  • 模塊成本高：相較而言，NB-IoT模塊比ZigBee、lora等芯片NB-IoT更貴。
  • 相關(guān)人力及實(shí)施成本如：如硬件成本、安裝成本、服務(wù)成本較高。

本文由 @知識(shí)農(nóng)夫 原創(chuàng)發(fā)布于人人都是產(chǎn)品經(jīng)理，未經(jīng)許可，禁止轉(zhuǎn)載。

題圖來自Unsplash，基于CC0協(xié)議。